Стабилизированный гречневый крахмал с "чистой этикеткой"
Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения стабилизированного гречневого крахмала из нативного гречневого крахмала включает получение суспензии нативного гречневого крахмала в водной среде, предпочтительно в концентрации от 20 до 50% по весу, более предпочтительно в концентрации от 30 до 40% по весу, при температуре Т1, составляющей от 20 до 50°С, например составляющей от 20 до 45°C. Полученную водную суспензию нагревают до температуры Ts, которая не превышает 60°C. При этом указанная стадия нагревания предусматривает первый этап медленного нагревания со скоростью от 0,2 до 5°С в час от T1 до указанной температуры Ts, причем указанная температура Ts находится в диапазоне от 50 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 53 до 58°С, более предпочтительно в диапазоне от 53 до 55°С, а также второй этап нагревания при указанной температуре TS в течение по меньшей мере 30 мин, предпочтительно от 0,5 до 24 ч, например от 1 до 18 ч, в частности от 1 до 5 ч, в особенности в течение 3 ч, с получением таким образом стабилизированного гречневого крахмала. Далее проводят отделение стабилизированного гречневого крахмала от водной среды, высушивание указанного стабилизированного гречневого крахмала и извлечение указанного стабилизированного гречневого крахмала. Также предложен стабилизированный гречневый крахмал и его применение при производстве пищевых продуктов. Изобретение направлено на обеспечение крахмала с "чистой этикеткой", который одновременно полезен для здоровья, меньше или совсем не подвержен обработке, способен улучшать вкусовые ощущения и характеризуется медленным усвоением. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 14 табл., 6 пр.
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к способу получения стабилизированных форм гречневого крахмала, предусматривающему специфическую обработку нагреванием. Настоящее изобретение также относится к стабилизированным формам гречневого крахмала, получаемым с помощью указанного способа, а также к применению указанных стабилизированных форм гречневого крахмала для получения пищевого продукта.
Предпосылки изобретения
В пищевой промышленности крахмал является очень важным ингредиентом. Его применяют, среди прочего, как добавку, улучшающую текстуру, гелеобразующее средство, загуститель и стабилизатор.
Природные немодифицированные формы крахмала (известные как "нативные" формы крахмала) не обладают всеми необходимыми свойствами для таких путей применения.
Гидратация и набухание зерен крахмала обеспечивают загущающие свойства крахмала. Действительно, в присутствии воды зерна крахмала образуют водную суспензию крахмала. Когда водную суспензию крахмала нагревают, зерна крахмала начинают набухать, вязкость суспензии крахмала постепенно увеличивается до тех пор, пока набухшие зерна гидратированного крахмала не разорвутся.
Соответственно, в присутствии сдвига и/или в кислых условиях суспензия нативного крахмала сначала достигает начального пика вязкости, затем ее вязкость снова быстро уменьшается. Такой профиль клейстеризации не подходит для большинства путей применения в пищевой отрасли, особенно для сгущенного продукта. Многие нативные формы крахмала также подвергаются ретроградации с изменением тем самым текстуры пищи во время хранения.
В связи с этим обычно желательно, чтобы сгущенный продукт имел вязкость, которая остается стабильной во время обработки (такой как нагревание) и во время хранения (низкая ретроградация) даже в присутствии сдвига и/или в кислых условиях.
Во многих путях применения в пищевой отрасли необходимо обеспечить формы крахмала, характеризующиеся устойчивостью к нагреванию (т.е. стабильностью вязкости), устойчивостью к сдвигу и воздействию кислоты, а также низкой склонностью к ретроградации во время хранения.
В связи с этим были разработаны различные способы улучшения свойств нативного крахмала. Крахмал, полученный с помощью таких способов, часто называют "стабилизированным крахмалом". Как правило, образование перекрестных сшивок и/или межмолекулярных мостиков между полисахаридами обеспечивает стабилизацию крахмала.
Стабилизированные формы крахмала можно успешно получать с применением химических способов, включающих применение перекрестносшивающих реагентов, таких как оксихлорид фосфора, триметафосфат натрия и эпихлоргидрин. Такие стабилизированные формы крахмала обычно обозначают как "химически модифицированные формы крахмала" или "перекрестносшитые формы крахмала". Такие химически модифицированные формы крахмала, как коммерческий CLEARAM®, характеризуются необходимыми свойствами с точки зрения устойчивости к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты, а также низкой склонности к ретроградации.
За последние десять лет потребители стали все более неохотно покупать продукты со списком химических веществ или химически модифицированных ингредиентов на этикетке. По этой причине производители продуктов питания берут на себя задачу поставки пищевых продуктов с "чистой этикеткой", т.е. химически не модифицированных продуктов.
Одним из способов получения стабилизированного крахмала с "чистой этикеткой" является физическая обработка, в частности температурная обработка нативного крахмала в присутствии воды или в сухих условиях.
Точнее, существует две распространенных методики гидротермической обработки, известных для модифицирования необработанного зернистого крахмала: термическая обработка с увлажнением и отжиг. В основном термическую обработку с увлажнением обычно осуществляют в условиях относительно низкой влажности (< 35%) и высокой температуры (90-120°C). Отжиг осуществляют при температуре выше температуры стеклования и ниже температуры желатинизации в избытке воды.
Другой способ получения форм крахмала с "чистой этикеткой" - нагревание крахмала при чрезвычайно высокой температуре (выше 120°C, но ниже 200°C) в сухих или безводных условиях. Такой способ обычно называют термической обработкой с ингибированием.
Примером коммерческих форм крахмала, полученных с помощью такой температурной обработки, является NOVATION® 2300, который раскрыт в патенте EP0721471B1.
Другим примером коммерческого ингибированного крахмала является CLARIA+®, который раскрыт в патентных заявках WO2013/173161A1 и WO2014/053833A1. Виды обработки с ингибированием представляют собой нагревание в спиртовой среде в присутствии оснований или солей и нагревание в водной среде в присутствии соответственно остаточных белков и активного соединения хлора.
Эти две коммерческих формы крахмала представляют собой формы крахмала на основе восковой кукурузы.
В настоящем изобретении предусмотрен новый способ получения нового стабилизированного гречневого крахмала с "чистой этикеткой", при этом указанный крахмал характеризуется аналогичной или даже улучшенной устойчивостью к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты, а также низкой склонностью к ретроградации по сравнению с известными продуктами (либо химически перекрестносшитыми формами крахмала, либо физически модифицированными формами крахмала).
Действительно, было обнаружено, что высокостабилизированный гречневый крахмал можно получать путем обработки указанного специфического крахмала, гречневого крахмала, в очень специфическом диапазоне температур.
Кроме того, потребители ищут медленно усваиваемые углеводы, которые полезнее для здоровья, чем быстро усваиваемые и всасываемые углеводы. В частности, известно, что медленно усваиваемые углеводы усиливают чувство сытости и обеспечивают мозг глюкозой в течение длительного периода, улучшая тем самым когнитивные функции.
Современные функциональные формы крахмала с "чистой этикеткой", полученные из форм крахмала на основе воска, могут быть предварительно желатинизированы и/или легко желатинизированы в ходе способа нагревания и, таким образом, быстро усваиваются.
Таким образом, существует потребность в формах крахмала с "чистой этикеткой", которые могут медленнее усваиваться, чем обычные формы крахмала с "чистыми этикетками".
Известно, что сырьевой нативный крахмал усваивается медленнее, чем желатинизированный крахмал. Однако нативный крахмал, такой как крахмал с высоким содержанием амилозы, обычно используемый для усиления чувства сытости, содержит в основном устойчивый крахмал, который не является медленно усваиваемым крахмалом. Кроме того, ввиду его плохой функциональности, например низкого набухания и низкой степени желатинизации, такой крахмал ухудшает вкусовое ощущение после включения его в пищевые продукты.
Поскольку клеточная стенка может защитить крахмал от быстрого гидролиза пищеварительными ферментами, цельнозерновую пшеничную муку, гречневую муку (в том числе крупу и отруби), овсяную муку и другие виды муки из злаковых, которые раскрыты в патентных заявках US 2016/0235075 A1, US 2016/0249627 A1, WO 2015/051228 A1, WO 2015/051236 A1, CN 105578886 A, также известные как обеспечивающие высокое содержание пищевых волокон, используются как источник медленно усваиваемых углеводов. Однако из-за того, что клеточная стенка ограничивает силу набухания крахмала, вкусовые ощущения, создаваемые печеньем, полученным из этой муки, неприятны – такое печенье обычно имеет очень плотную и твердую текстуру.
Как раскрыто в CN 106417511 и CN 103168812 A, существуют также примеры муки из гречихи татарской для печенья с низким GI.
Таким образом, существует потребность в медленно усваиваемых углеводах, которые можно использовать для производства пищевых продуктов без ухудшения вкусовых ощущений, создаваемых указанными продуктами. В частности, важным является обеспечение крахмала с "чистой этикеткой", который одновременно полезен для здоровья, меньше или совсем не подвержен обработке, способен улучшать вкусовые ощущения, создаваемые печеньем, и характеризуется медленным усвоением.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что стабилизированный гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением удовлетворяет этим критериям. В частности, гречиха представляет собой древнюю зерновую культуру, которую потребители воспринимают как полезный для здоровья ингредиент.
Краткое описание изобретения
Первым объектом настоящего изобретения является способ получения стабилизированного гречневого крахмала из нативного гречневого крахмала, предусматривающий следующие стадии:
a) получение суспензии нативного гречневого крахмала в водной среде, предпочтительно в концентрации от 20 до 50% по весу, более предпочтительно в концентрации от 30 до 40% по весу, при температуре Т1, составляющей от комнатной температуры до 50°С, например, в диапазоне от комнатной температурой до 45°C;
b) нагревание водной суспензии до температуры Ts, которая не превышает 60°C, при этом указанная стадия нагревания предусматривает
i. первый этап медленного нагревания со скоростью от 0,2°C до 5°С в час от T1 до указанной температуры Ts, причем указанная температура Ts находится в диапазоне от 50 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 53°С до 58°С, более предпочтительно в диапазоне от 53°С до 55°С, и
ii. второй этап нагревания при указанной температуре TS в течение по меньшей мере 30 минут, предпочтительно от 0,5 до 24 часов, например, от 1 до 18 часов, в частности, от 1 до 5 часов, в особенности в течение 3 часов, с получением таким образом стабилизированного гречневого крахмала,
c) отделение стабилизированного гречневого крахмала от водной среды;
d) высушивание указанного стабилизированного гречневого крахмала;
e) извлечение указанного стабилизированного гречневого крахмала.
Используемое в данном документе выражение "нативный гречневый крахмал" относится к гречневому крахмалу, полученному из природного источника. Он не является результатом физических, или ферментативных, или химических способов обработки.
Нативный гречневый крахмал извлекают из зерна гречихи (Fagopyrum esculentum) с помощью способов экстракции. Гречневый крахмал можно извлекать непосредственно из гречневой крупы или из гречневой муки с высоким содержанием крахмала (50-70% крахмала в крупе и муке).
В данном документе "нативный гречневый крахмал" может быть обозначен с помощью других терминов, таких как "контрольный крахмал", или "неингибированный крахмал", или "немодифицированный крахмал", или "нестабилизированный крахмал".
Используемое в данном документе выражение "стабилизированный гречневый крахмал" относится к гречневому крахмалу, который термически модифицирован, предпочтительно в соответствии со способом по настоящему изобретению, в отличие от нативного гречневого крахмала, и который имеет по меньшей мере характеристики химически перекрестносшитого крахмала, такого как химически перекрестносшитый крахмал из восковой кукурузы.
Обработка путем модификации нагреванием в соответствии со способом по настоящему изобретению положительно влияет на профиль клейстеризации и температуру желатинизации гречневого крахмала, а следовательно на его устойчивость к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты без применения химических веществ, с сохранением при этом его низкой склонности к ретроградации.
В присутствии нагревания, сдвига и/или в кислых условиях стабилизированный гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением является устойчивым к набуханию или набухает в ограниченной степени и/или при более высокой температуре (температура клейстеризации не более 93°С). Таким образом, разрыв предотвращается.
Стабилизированный гречневый крахмал характеризуется повышенной устойчивостью к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты по сравнению с таковой у нативного гречневого крахмала с сохранением при этом его низкой склонности к ретроградации. Такие свойства являются сопоставимыми или лучшими, чем у некоторых коммерческих модифицированных форм крахмала, таких как CLARIA+®, CLEARAM® CJ 5025 и NOVATION® 2300.
В данном документе "стабилизированный гречневый крахмал" может быть обозначен другими терминами, такими как "модифицированный нагреванием крахмал в соответствии со способом по настоящему изобретению", "модифицированный нагреванием гречневый крахмал" или "отожженный гречневый крахмал".
Вторым объектом настоящего изобретения является стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа в соответствии с первым объектом, или стабилизированный гречневый крахмал, полученный с помощью способа в соответствии с первым объектом.
Третьим объектом настоящего изобретения является применение стабилизированного гречневого крахмала в соответствии со вторым объектом для получения пищевого продукта, в частности, для изготовления йогурта. Еще одним объектом настоящего изобретения является применение стабилизированного гречневого крахмала в соответствии со вторым объектом для получения печенья.
Четвертым объектом настоящего изобретения является пищевой продукт, содержащий стабилизированный гречневый крахмал в соответствии со вторым объектом. В предпочтительном варианте осуществления пищевой продукт представляет собой йогурт. В другом предпочтительном варианте осуществления пищевой продукт представляет собой печенье.
Подробное описание
В способе по настоящему изобретению первая стадия (стадия а)) заключается в получении суспензии из нативного гречневого крахмала, предпочтительно в концентрации от 20 до 50% по весу, более предпочтительно от 30 до 40% по весу, при температуре T1, составляющей от комнатной температуры (20°C) до 50°C, например от комнатной температуры до 45°C.
Нативный гречневый крахмал, применимый по настоящему изобретению, получают из нативных источников. Его можно экстрагировать из гречневой крупы или из гречневой муки. Типичный способ экстракции предусматривает следующие стадии:
1) получение при температуре, равной или ниже 50°С, водной суспензии из гречневой муки или из гречневой крупы с рН от 7 до 9;
2) фракционирование водной суспензии по плотности с получением легкой фракции, содержащей белки, растворимые углеводы и соли, и тяжелой фракции, содержащей крахмал и волокна, предпочтительно с применением горизонтального винтового декантатора, центробежного декантатора или гидроциклона;
3) добавление воды к тяжелой фракции при температуре, составляющей от комнатной температуры до 50°С, для обеспечения ресуспендирования тяжелой фракции;
4) отделение волокнистой фракции от крахмальной фракции посредством разницы в размерах частиц при температуре, составляющей от комнатной температуры до 50°С, предпочтительно путем фильтрации, с применением сит;
5) обработка крахмальной фракции при рН от 7 до 9 и при температуре, составляющей от комнатной температуры до 50°С, по меньшей мере один раз с целью удаления оставшихся белков;
6) нейтрализация рН крахмальной фракции до 5-7;
7) высушивание крахмальной фракции, предпочтительно с применением сушилки с псевдоожиженным слоем или сушилки с горячим воздухом;
8) извлечение высушенного крахмала.
В соответствии с одним вариантом осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением суспензию крахмала, применимую для настоящего изобретения, получают из нейтрализованной фракции крахмала (полученной на стадии 6) перед стадией высушивания 7) во время способа экстракции крахмала).
Получение суспензии также может быть достигнуто, например, с помощью
a1) прямого смешивания крахмала с теплой водой при температуре Т1, составляющей от 40°C до 50°С, предпочтительно от 40°C до 45°С, например при 45°С.
a2) уравновешивания полученной водной суспензии в нагревательном сосуде, установленном на 45°C, или
a3) смешивания крахмала с водой при комнатной температуре, затем быстрого нагревания полученной водной суспензии со скоростью от 5°C до 50°С в час до температуры Т1, например, от 40°С до 45°С, предпочтительно до 45°С.
Стадия b) способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в нагревании водной суспензии до температуры Ts, которая не превышает 60°C, более конкретно, до температуры Ts, находящейся в диапазоне от 50 до 60°C, например от 52 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 53°С до 58°С, более предпочтительно в диапазоне от 53°С до 55°С.
В более общих чертах, способ в соответствии с настоящим изобретением не включает какой-либо термической обработки при температуре выше 60°C.
Нагревание нативного крахмала при температуре, находящейся в диапазоне от 50 до 60°С, вызывает подвижность кристаллитов в зернах крахмала с обеспечением тем самым образования более совершенной кристаллической структуры и повышением его температуры плавления.
Таким образом, нагревание положительно влияет на кристаллическую структуру крахмала и, таким образом, на его свойство клейстеризации. Стабилизированный зернистый гречневый крахмал является устойчивым к набуханию или набухает в ограниченной степени и/или при более высокой температуре (температура клейстеризации не более 93°C). Таким образом, разрыв предотвращается. В присутствии нагревания, сдвига и/или в кислых условиях вязкость стабилизированного гречневого крахмала продолжает расти или не происходит значительных изменений вязкости при нагревании и сдвиге, как это наблюдалось для нативных форм крахмала.
Нагревание нативного гречневого крахмала при температуре ниже 50°С, например при 48°С, не вызывает какой-либо существенной модификации крахмала. При этом крахмал не проявляет каких-либо существенно улучшенных свойств.
Другими словами, нагревание нативного гречневого крахмала при температуре ниже 50°С не обеспечивает стабилизацию крахмала.
Напротив, нагревание нативного крахмала при температуре выше 60°С вызывает довольно значительную (частичную) желатинизацию крахмала. Крахмал постепенно теряет свою кристаллическую структуру и, в конечном итоге, свою зернистую структуру. Таким образом, нагревание при температуре выше 60°С отрицательно влияет на кристаллическую структуру крахмала. Следовательно, зернистый крахмал потеряет как свою устойчивость к нагреванию, так и устойчивость к сдвигу.
Стадия нагревания в соответствии с настоящим изобретением при температуре, находящейся в диапазоне от 50 до 60°C, предпочтительно от 53 до 58°C, более конкретно от 53 до 55°C, является особенно преимущественной для гречневого крахмала, в отличие от горохового или кукурузного крахмала.
Действительно, нагревание водных суспензий горохового крахмала и кукурузного крахмала до температуры, составляющей от 50 до 60°С, не обеспечивает получение модифицированного крахмала с устойчивостью к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты, как это наблюдается для гречневого крахмала, модифицированного в соответствии с настоящим изобретением.
В присутствии нагревания, сдвига и/или в кислых условиях вязкость форм горохового и кукурузного крахмала, модифицированных нагреванием таким образом, достигает первоначального пика, затем вязкость быстро уменьшается. Как упоминалось ранее, такой профиль клейстеризации не подходит для применения в пищевой отрасли, особенно для сгущенного продукта.
Кроме того, модифицированный нагреванием гороховый крахмал или кукурузный крахмал в диапазоне температур от 50°С до 60°С, демонстрирует более низкую температуру клейстеризации(более низкую устойчивость к нагреванию) по сравнению со стабилизированным гречневым крахмалом в соответствии с настоящим изобретением, характеризующимся температурой клейстеризации, составляющей от 80 до 95°С, предпочтительно от 82 до 93°С, например от 85 до 90°С. Температура клейстеризации представляет собой температуру, при которой вязкость начинает увеличиваться во время постепенного повышения температуры при нагревании.
Кукурузный крахмал и гороховый крахмал проявляют более высокую склонность к ретроградации, чем гречневый крахмал, как в случае нативного вида, так и в случае модифицированного нагреванием вида в соответствии со способом по настоящему изобретению. Некоторые коммерческие формы крахмала с "чистой этикеткой" на основе крахмала из восковой кукурузы также проявляют более высокую склонность к ретроградации, чем нативные и стабилизированные формы гречневого крахмала.
Стадия b) способа в соответствии с настоящим изобретением предусматривает
i. первый этап медленного нагревания со скоростью от 0,2°C до 5°С в час от T1 до указанной температуры Ts, причем указанная температура Ts находится в диапазоне от 50 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 53°С до 58°С, более предпочтительно в диапазоне от 53°С до 55°С, и
ii. второй этап нагревания при указанной температуре TS в течение по меньшей мере 30 минут, предпочтительно от 0,5 до 24 часов, например, от 1 до 18 часов, в частности, от 1 до 5 часов, в особенности в течение 3 часов, с получением таким образом стабилизированного гречневого крахмала,
Первый этап стадии b) нагревания можно осуществлять либо непрерывным образом, либо ступенчатым образом. Таким образом, на протяжении указанного первого этапа стадии b) нагревания водную суспензию можно ступенчато нагревать до Ts.
Более конкретно, первый этап стадии b) нагревания может предусматривать по меньшей мере две последовательные стадии изотермического нагревания, соответственно при температуре T2 и T3, при этом каждую стадию изотермического нагревания осуществляют независимо в течение по меньшей мере 30 минут, предпочтительно от 1 до 4 часов, например 3 часов.
Стадия c) способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в отделении стабилизированного гречневого крахмала из стадии b. из водной среды. В предпочтительном варианте осуществления стабилизированный гречневый крахмал отделяют от водной среды с помощью фильтрующего устройства, такого как пластинчатый фильтр и центробежный фильтр.
Стадия d) способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в высушивании указанного стабилизированного гречневого крахмала.
Такую стадию предпочтительно осуществляют с применением сушильной печи, вакуумной сушильной печи, сушилки с псевдоожиженным слоем или сушилки с горячим воздухом. В предпочтительном варианте осуществления стадию высушивания d) стабилизированного гречневого крахмала осуществляют с применением сушильной печи. Такой процесс высушивания является простым, экономически эффективным, воспроизводимым и масштабируемым процессом. Эту стадию осуществляют предпочтительно при температуре, составляющей от комнатной температуры до температуры желатинизации гречневого крахмала, более предпочтительно при температуре, составляющей от 50 до 55°С.
Высушивание стабилизированного гречневого крахмала прекращают, когда уровень влажности стабилизированного гречневого крахмала ниже или равен 12%.
Как альтернатива, стадия d) способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в удалении воды из стабилизированного гречневого крахмала.
Преимущественно, способ по настоящему изобретению не предусматривает применение органических растворителей и химических реактивов. Все стадии способа осуществляют в воде. Каких-либо химических превращений не происходит. Таким образом, предусмотренный способ может быть преимущественно классифицирован как способ с "чистой этикеткой". Следовательно, продукты, полученные с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением, также представляют собой ингредиенты с "чистой этикеткой".
Вторым объектом настоящего изобретения является стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа согласно первому объекту.
Стабилизированный гречневый крахмал, получаемый или полученный с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением, не желатинизируется, а находится в зернистой форме. Он функционально схож с химически перекрестносшитыми формами крахмала. Он имеет не обладающую сцеплением гладкую текстуру и обладает отличной устойчивостью к таким переменным параметрам, как нагревание, сдвиг и низкий pH, в особенности в течение значительного времени воздействия таких условий.
Увеличение вязкости стабилизированного гречневого крахмала, получаемого или полученного с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением, задерживается во время нагревания, замедляется по сравнению с таким же крахмалом, который не был модифицирован в соответствии с настоящим изобретением.
Стабилизированный гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением обычно характеризуется температурой начала желатинизации, измеренной с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), которая на не более чем 10°С выше по сравнению с температурой начала желатинизации нативного гречневого крахмала. Он характеризуется температурой начала желатинизации, измеренной с помощью DSC, составляющей от 60 до 69°С. Он характеризуется показателем ретроградации, измеренным с помощью DSC, составляющим от 23 до 40%, предпочтительно от 23 до 33%, после 7-дневного хранения при 4°С после желатинизации.
Температура клейстеризации, измеренная с помощью Rapid Visco Analyzer (RVA), гречневого крахмала в соответствии с настоящим изобретением, или который был подвергнут тепловой модификации в соответствии со способом по настоящему изобретению, является более высокой, чем у такого же крахмала, который не был подвергнут термообработке с применением способа по настоящему изобретению. Как правило, температура его клейстеризации составляет от 80 до 95°С, предпочтительно от 82 до 93°С, например от 85 до 90°С.
Кроме того, стабилизированный гречневый крахмал имеет разный профиль клейстеризации по сравнению с таким же крахмалом, который не был подвергнут обработке с применением способа по настоящему изобретению. Действительно, вязкость стабилизированного крахмала постепенно увеличивается с течением времени и/или не проявляется резких изменений вязкости в присутствии нагревания, сдвига и/или кислотных условий по сравнению с таким же крахмалом, который не был подвергнут обработке с применением способа по настоящему изобретению (нативный крахмал или крахмал, обработанный нагреванием ниже температурного диапазона).
Третьим объектом настоящего изобретения является применение стабилизированного гречневого крахмала в соответствии со вторым объектом для получения пищевого продукта, в частности для изготовления йогурта. Еще одним объектом настоящего изобретения является применение стабилизированного гречневого крахмала в соответствии со вторым объектом для получения печенья.
Четвертым объектом настоящего изобретения является пищевой продукт, содержащий стабилизированный гречневый крахмал в соответствии со вторым объектом, т.е. содержащий получаемый стабилизированный гречневый крахмал, или стабилизированный гречневый крахмал, полученный с помощью способа по настоящему изобретению. В предпочтительном варианте осуществления пищевой продукт представляет собой йогурт. В другом предпочтительном варианте осуществления пищевой продукт представляет собой печенье.
Благодаря своей высокой устойчивости к нагреванию, а также устойчивости к сдвигу и воздействию кислоты, стабилизированный гречневый крахмал, полученный в соответствии с настоящим изобретением, особенно подходит для применения в широком спектре пищевых отраслей, особенно в пищевых отраслях, где требуется устойчивость к нагреванию, сдвигу и воздействию кислоты. Его низкая склонность к ретроградации также желательна для предотвращения структурных изменений пищевых продуктов во время хранения.
Пищевые продукты, в которых применимы стабилизированные формы гречневого крахмала в соответствии с настоящим изобретением, включают термически обработанные продукты, кислотные пищевые продукты, сухие смеси, охлажденные продукты, замороженные продукты, экструдированные продукты, продукты, приготовленные в печи, продукты, приготовленные на кухонной плите, продукты, приготовленные в микроволновой печи, необезжиренные продукты или продукты с пониженным содержанием жира, а также продукты с низкой активностью воды. Пищевые продукты, в которых стабилизированные формы гречневого крахмала являются особенно применимыми, представляют собой пищевые продукты, требующие стадии термической обработки и/или стадии обработки посредством резких сдвиговых деформаций, такой как пастеризация, автоклавирование, обработка при сверхвысокой температуре (UHT) и/или гомогенизация. Стабилизированные формы гречневого крахмала особенно применимы в пищевых отраслях, где требуется стабильность при всех температурных режимах обработки, в том числе при охлаждении, замораживании и нагревании.
Стабилизированные формы гречневого крахмала также применимы в пищевых продуктах, где требуется или желателен перекрестносшитый нехимическим путем крахмальный загуститель, добавка для увеличения вязкости, гелеобразующее средство или наполнитель. В частности, стабилизированные формы гречневого крахмала обеспечивают желаемую гладкую текстуру для обработанного пищевого продукта и сохраняют свою способность к загущению в течение всех производственных операций. На основе обработанных пищевых составов специалисты в данной области техники могут легко выбрать количество стабилизированного гречневого крахмала, требуемое для обеспечения необходимой консистенции и вязкости гелеобразования в готовом пищевом продукте, а также требуемой текстуры. Как правило крахмал применяют в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 35%, например, от приблизительно 2 до приблизительно 6% по весу пищевого продукта.
В соответствии с настоящим изобретением стабилизированный гречневый крахмал применяют для получения печенья. В частности, стабилизированным гречневым крахмалом частично заменяют пшеничную муку в печенье с обеспечением тем самым медленно усваиваемых углеводов и улучшением вкусовых ощущений, создаваемых печеньем.
Стабилизированный гречневый крахмал представляет собой крахмал с "чистой этикеткой", характеризующийся более высокой температурой клейстеризации по сравнению с большинством форм крахмала. Таким образом, он не набухает полностью во время нагревания и сохраняет некоторые свойства медленного усвоения после нагревания в системе с низким содержанием влаги, такой как печенье. Таким образом, такое печенье можно применять для продления чувства сытости, например, в качестве заменителя еды или "еды с собой".
Кроме того, поскольку он частично набухает и/или желатинизируется, о он не портит и даже способен улучшать вкус печенья.
В конкретном варианте осуществления стабилизированный гречневый крахмал применяют в количестве, составляющем от приблизительно 0,1 до приблизительно 35%, предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 10% и более предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 8% по весу печенья.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано с помощью следующих фигур и примеров, при этом следует понимать, что они предназначены для объяснения настоящего изобретения и никоим образом не ограничивают его объем.
Краткое описание графических материалов
На фигуре 1 показаны характеристики клейстеризации форм модифицированного нагреванием крахмала, полученных в примере 1, с применением Rapid Visco Analyzer (RVA).
На фигуре 2 показаны характеристики клейстеризации форм модифицированного нагреванием гречневого крахмала, полученных в примере 1, с применением Rapid Visco Analyzer (RVA), по сравнению с таковыми у коммерческих продуктов CLEARAM® CR, продаваемых заявителем.
На фигуре 3 показана устойчивость к нагреванию модифицированных нагреванием форм крахмала, полученных или применяемых в примере 3 при рН 3 и 6.
На фигуре 4 показаны профили клейстеризации нативного гречневого крахмала и модифицированных нагреванием форм гречневого крахмала, полученных или применяемых в примере 4, после каждой стадии способа до предварительного нагревания, после предварительного нагревания, после гомогенизации и после стерилизации.
На фигуре 5 показаны микроскопические наблюдения за состоянием крахмала после способов предварительного нагревания, гомогенизации и стерилизации в примере 4.
На фигуре 6 показано микроскопическое наблюдение статуса крахмала на разных этапах способа получения йогурта в примере 5.
На фигуре 7 показаны параметры усвояемости печенья, полученного с применением стабилизированного гречневого крахмала в соответствии с настоящим изобретением, в сравнении с печеньем, полученным с применением цельнозерновой пшеничной муки (контроль), пшеничного крахмала или гречневой муки.
Примеры
Пример 1
Сухой нативный гречневый крахмал, нативный гороховый крахмал и нативный кукурузный крахмал (по 100 г каждого) соответственно суспендировали в избытке воды (более чем в два раза превышающей вес крахмала). Затем 3 водные суспензии последовательно нагревали на водяной бане при 55, 58, 60 и 63°C (модификация нагреванием); каждую температуру выдерживали в течение по меньшей мере полутора часов.
Отбор образцов производили до повышения температуры. После отбора образцов все образцы крахмала отфильтровывали в вакууме для удаления избытка воды и высушивали в сушильном шкафу при 50°С до достижения уровня влажности ниже или равного 12%. Затем образцы крахмала хранили несколько дней при комнатной температуре перед проведением анализа DSC. Каждый образец (2-3 мг) смешивали с водой массой в три раза больше веса крахмала. Смесь герметично закрывали в алюминиевой форме. Форме давали отстояться в течение по меньшей мере 1 часа, а затем нагревали от 10 до 100°С при 10°С/мин для достижения свойств желатинизации крахмала.
После 7 дней хранения при 4°С форму выдерживали при комнатной температуре в течение по меньшей мере 1 часа и повторно анализировали с применением DSC в том же диапазоне температур и скорости нагревания для достижения свойств ретроградации крахмала. Ретроградация крахмала представляет собой перекристаллизацию молекул крахмала после желатинизации. Скорость ретроградации самая высокая при холодной температуре, которая выше температуры стеклования крахмального геля, например при температуре охлаждения. Это может изменить текстуру пищи, например привести к повышенной вязкости, образованию геля, снижению прозрачности и синерезису.
Результаты DSC суммированы в следующей таблице.
На основании этих результатов видно, что постепенное нагревание нативных форм крахмала гречихи, кукурузы и гороха до температуры не более 63°C повышает их соответствующие температуры желатинизации.
Температура желатинизации всех трех форм крахмала увеличивается с температурой тепловой обработки, а это означает то, что более высокая температура тепловой обработки приводит к более высокой устойчивости к нагреванию у крахмала. Таким образом, зерна модифицированных нагреванием форм крахмала могут выдерживать жесткие технологические обработки, особенно при высокой температуре, и сохранять вязкость крахмального клейстера во время обработки (без разжижения при сдвиге). Однако более высокая устойчивость к нагреванию также может означать более низкую степень набухания зерен, что может снизить вязкость крахмального клейстера при определенной температуре обработки и может быть нежелательным для сгущенного пищевого продукта.
Начальные температуры для трех форм крахмала одинаковы после одинаковой обработки нагреванием. Как правило, модифицированные нагреванием формы кукурузного крахмала и модифицированные нагреванием формы горохового крахмала имеют более высокие конечные температуры, чем модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала.
Также очевидно, что нагревание гречневого крахмала, модифицированного при температуре выше 58°C, имеет более выраженное пониженное изменение энтальпии желатинизации по сравнению с нативными формами гречневого крахмала, а это означает то, что формы гречневого крахмала, модифицированные при температуре выше 58°C, проходят частичную желатинизацию. Это явление не выражено у соответствующих форм горохового и кукурузного крахмала, модифицированных при температуре не более 63°C.
Все желатинизированные формы крахмала (в том числе модифицированные нагреванием формы крахмала) подвергаются ретроградации во время хранения, особенно при низкой температуре. Действительно, желатинизированные и подвергаемые хранению формы крахмала имеют сходные температуры плавления (ретроградного крахмала). Изменение энтальпии зависит от крахмала, но меньше зависит от обработки нагреванием. Как нативные, так и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала демонстрируют самую низкую степень ретроградации по сравнению с нативными и модифицированными нагреванием формами горохового крахмала, а также нативными и модифицированными нагреванием формами кукурузного крахмала. Формы гречневого крахмала характеризуются показателем ретроградации от 24 до 32% (за исключением гречневого крахмала, модифицированного нагреванием при 63°C из-за высокой степени предварительной желатинизации перед анализом DSC). Гороховый крахмал проявляет самую высокую степень ретроградации.
Свойства клейстеризации каждого (не желатинизированного) образца измеряли с применением экспресс-анализатора вязкости (RVA) (см. фигуру 1). Свойства клейстеризации представляют собой способность зернистого крахмала образовывать вязкий клейстер во время нагревания с последующими изменениями вязкости при сдвиге и охлаждении. Крахмал с хорошими свойствами клейстеризации не будет демонстрировать экстремальных изменений вязкости при сдвиге при высокой температуре, в частности снижение вязкости, также известное как разжижение при сдвиге или провал вязкости. Повышение вязкости при охлаждении нежелательно, если крахмал применяют как загуститель, поскольку клейстер образует гель при более длительном хранении (ретроградация).
Анализ RVA проводили в течение 13 минут. Каждый образец крахмала (2 г сухого веса) смешивали с водой с получением в общей сложности 25 г (8% суспензии крахмала). Его изотермически нагревали при 50°С в течение 1 минуты, увеличивали температуру до 95°С при 12°С/минута, выдерживали при 95°С в течение 2,5 минут, охлаждали до 50°С при 12°С/минута и, наконец, выдерживали при 50°С в течение 2 минут. Скорость перемешивания с помощью лопастной мешалки устанавливали на 960 об/мин в течение первых 10 секунд, а затем снижали до 160 об/мин на протяжении остальной части анализа.
Результаты RVA суммированы в следующей таблице.
Исходя из результатов RVA, оказалось, что без корректировки pH (pH ~ 5), модифицированный нагреванием гречневый крахмал имеет более высокую температуру клейстеризации по сравнению с модифицированным нагреванием гороховым крахмалом и модифицированным нагреванием кукурузным крахмалом. Температура клейстеризации представляет собой температуру, при которой начинает развиваться вязкость. Модифицированный нагреванием гречневый крахмал характеризуется отсутствием или очень низким уровнем провала вязкости (или разжижения при сдвиге) во время изотермического нагревания и сдвига, в отличие от модифицированного нагреванием горохового крахмала и модифицированного нагреванием кукурузного крахмала. Это означает, что модифицированный нагреванием гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением проявляет более высокую устойчивость к нагреванию и сдвигу по сравнению с соответствующими формами горохового и кукурузного крахмала.
Также очевидно, что нет заметной разницы между профилями RVA гречневого крахмала, модифицированного нагреванием при 58°С, и модифицированного нагреванием при 60°С.
Формы гречневого крахмала, модифицированного нагреванием при 58°C и 60°C, также сравнивали с различными перекрестносшитыми формами крахмала под торговой маркой CLEARAM®, продаваемыми заявителем (см. фигуру 2). CLEARAM® CR представляет собой ряд форм перекрестносшитого посредством фосфата гидроксипропилированного крахмала восковой кукурузы, и различные числовые коды представляют степени перекрестные сшивки и замещения. Как видно по высокой температуре клейстеризации модифицированного нагреванием гречневого крахмала, он обладает более высокой устойчивостью к нагреванию, чем ряд CLEARAM® CR. Стабильность вязкости при нагревании и сдвиге аналогична стабильности при высокой степени перекрестного сшивания (CLEARAM® CR 4015).
Результаты RVA суммированы в следующей таблице.
Пример 2
Крахмал экстрагировали из 400 г гречневой крупы. После удаления белка и волокна крахмальную суспензию (около 250 г крахмала и 700 г воды) последовательно нагревали на водяной бане при 55 и 58°С; каждую температуру выдерживали в течение по меньшей мере трех часов.
После термообработки при 58°С все образцы крахмала отфильтровывали в вакууме, а затем ресуспендировали в воде перед высушиванием с применением сушилки с псевдоожиженным слоем при температуре приблизительно 58°С до достижения уровня влажности ниже или равного 12%.
Затем образцы крахмала хранили несколько дней при комнатной температуре перед проведением анализа DSC. Каждый образец (2-3 мг) смешивали с водой массой в три раза больше веса крахмала. Смесь герметично закрывали в алюминиевой форме. Форме давали отстояться в течение по меньшей мере 1 часа, а затем нагревали от 10 до 100°С при 10°С/мин для достижения свойств желатинизации крахмала.
После 7 дней хранения при 4°С форму выдерживали при комнатной температуре в течение по меньшей мере 1 часа и повторно анализировали с применением DSC в том же диапазоне температур и скорости нагревания для достижения свойств ретроградации крахмала.
Результаты DSC суммированы в следующей таблице.
Таблица 4
| Гречневый крахмал | Желатинизация | Плавление ретроградного крахмала | ||||||||
| To (°C) |
Tp (°C) | Te (°C) | ΔH (Дж/г) | To (°C) | Tp (°C) | Te (°C) | ΔH (Дж/г) | R* % | ||
| Нативный(без дополнительной обработки нагреванием) | 57,5 | 65,2 | 72,5 | 13,3 | 39,8 | 51,1 | 61,3 | 3,8 | 29,0 | |
| Модифицированный нагреванием при 58°C | Образец A | 67,8 | 70,6 | 73,7 | 11,4 | 40,6 | 49,3 | 59,2 | 2,9 | 25,5 |
| Образец B |
68,1 | 70,9 | 74,7 | 11,5 | 40,0 | 50,4 | 61,4 | 3,5 | 30,4 |
Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризуются более высокой температурой желатинизации, чем нативный аналог без дополнительной обработки нагреванием. Как нативные, так и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала имеют низкую склонность к ретроградации.
Свойства клейстеризации каждого (не желатинизированного) образца измеряли с применением Rapid Visco-Analyzer (RVA) в соответствии с двумя различными способами для итоговых значений 13 и 24 минуты. Для обоих способов каждый образец крахмала (2 г сухого веса) смешивали с водой с получением в общей сложности 25 г (8% суспензии крахмала).
Для первого способа (всего 13 минут) образец изотермически нагревали при 50°C в течение 1 минуты, увеличивали температуру до 95°C при 12°C/минута, выдерживали при 95°C в течение 2,5 минут, охлаждали до 50°С при 12°С/минута и, наконец, выдерживали при 50°С в течение 2 минут. Скорость перемешивания с помощью лопастной мешалки устанавливали на 960 об/мин в течение первых 10 секунд, а затем снижали до 160 об/мин на протяжении остальной части анализа.
Для второго способа (всего 23 минуты) образец изотермически нагревали при 50°C в течение 1 минуты, увеличивали температуру до 95°C при 6°C/минута, выдерживали при 95°C в течение 5 минут, охлаждали до 50°С при 6°С/минута и, наконец, выдерживали при 50°С в течение 2 минут. Скорость перемешивания с помощью лопастной мешалки устанавливали на 960 об/мин в течение первых 10 секунд, а затем снижали до 160 об/мин на протяжении остальной части анализа.
Результаты RVA по первому способу суммированы в следующей таблице.
Таблица 5
| Гречневый крахмал | Темп. клейстеризации Tp (°C) | Максимальная вязкость (cP) | Минимальная (cP) | Провал вязкости (cP) | Конечная вязкость (cP) | Отклонение (cP) | |
| Нативный(без дополнительной обработки нагреванием) | 79,8 | 2018 | 1858 | 160 | 2882 | 1024 | |
| Модифицированный нагреванием при 58°C | Образец A | 86,6 | 1845 | 1766 | 79 | 2749 | 983 |
| Образец B |
85,6 | 1936 | 1829 | 107 | 2768 | 939 |
Результаты RVA по второму способу суммированы в следующей таблице.
Таблица 6
| Гречневый крахмал | Темп клейстеризации (°C) | Максимальная вязкость (cP) | Минимальная (cP) | Провал вязкости (cP) |
Конечная вязкость (cP) | Отклонение (cP) | |
| Нативный (без дополнительной обработки нагреванием) | 80,8 | 1949 | 1645 | 304 | 3062 | 1417 | |
| Модифицированный нагреванием при 58°C | Образец A | 84,0 | 1829 | 1684 | 145 | 3146 | 1462 |
| Образец B |
83,2 | 1958 | 1778 | 180 | 3254 | 1476 |
Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризовались более высокими температурами клейстеризации и более низким уровнем провала вязкости по сравнению с нативным аналогом без дополнительной обработки нагреванием в способе экстракции крахмала.
Пример 3
Образцы гречневого крахмала, извлеченные при двух пробных исследованиях, использовали для получения форм крахмала, модифицированных нагреванием. Во время экстракции крахмала водные суспензии, полученные с помощью влажного измельчения гречневой крупы, нагревали при 45°С и 50°С соответственно для первого и второго пробных исследований перед стадией фракционирования для отделения легкой фракции, содержащей белки, растворимые углеводы и соли, от тяжелой фракции, содержащей крахмал и волокна. Целью нагревания являлось облегчение солюбилизации белков и предотвращение роста микробов.
Каждый экстрагированный крахмал (300 г) смешивали с 700 мл воды для получения водной суспензии в концентрации 30% по весу. Суспензию нагревали на водяной бане при 50°С в течение 30 минут, затем при 53°С в течение 3 часов и впоследствии при 55°С в течение ночи. Отбор образцов производили до повышения температуры. После отбора образцов все образцы крахмала отфильтровывали в вакууме и высушивали при 45°С в сушильном шкафу в течение ночи. Затем высушенный, модифицированный нагреванием гречневый крахмал измельчали в порошок.
Нативные формы горохового, кукурузного крахмала и крахмала на основе восковой кукурузы подвергали таким же образом обработке нагреванием и использовали в качестве сравнения для исследования в отношении устойчивости к нагреванию и сдвигу при рН 3 и 6.
Для исследования устойчивости к нагреванию и сдвигу (см. фигуру 3) крахмальную суспензию (7,4% сухого вещества) изотермически нагревали при 50°C в течение 1 минуты, увеличивали температуру до 95°C при 12°C/минута, выдерживали при 95°C в течение 15 минут, охлаждали до 50°С при 12°С/минута и, наконец, выдерживали при 50°С в течение 1,6 минуты. Скорость перемешивания с помощью лопастной мешалки устанавливали на 960 об/мин в течение первых 10 секунд, а затем снижали до 160 об/мин на протяжении остальной части анализа. Анализ повторяли при рН 3,0 с корректированием с помощью добавления порошка лимонной кислоты.
Устойчивость к нагреванию/сдвигу (%) рассчитывали как разность вязкости в конце изотермического нагревания при 95°С и максимальной вязкости, деленную на максимальную вязкость (умноженное на 100%):
Результаты RVA при pH ~ 6 и 3 суммированы в следующей таблице.
На основании приведенных выше результатов при рН ~ 6 модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала имели более высокую температуру клейстеризации, чем нативный гречневый крахмал. Аналогичный эффект наблюдался и с гороховым крахмалом, однако он не выражен для кукурузного крахмала и крахмала на основе восковой кукурузы. Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала и модифицированные нагреванием формы горохового крахмала имели более высокую устойчивость к нагреванию и сдвигу, чем модифицированные нагреванием формы кукурузного крахмала и модифицированный нагреванием крахмал на основе восковой кукурузы при pH 3 и 6. Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала в соответствии со способом по настоящему изобретению характеризовались самой высокой температурой клейстеризации при pH 3 и 6 среди всех исследованных образцов крахмала.
Пример 4
Анализы RVA и DSC проводили на модифицированных нагреванием формах гречневого крахмала из двух пробных исследований, упомянутых в примере 3, и сравнивали с различными коммерческими формами модифицированного крахмала из предшествующего уровня техники, известными для применения в получении йогурта. Способ DSC осуществляли так же, как в примерах 1 и 2.
Коммерческие формы модифицированного крахмала из предшествующего уровня техники, известные для применения в получении йогурта, являлись следующими.
CLARIA+® представляет собой крахмал с "чистой этикеткой", продаваемый Tate & Lyle. NOVATION 2300 ® представляет собой крахмал с "чистой этикеткой", продаваемый Ingredion. Оба были получены из восковой кукурузы.
CLEARAM® CJ 5025 продается заявителем и соответствует перекрестносшитому посредством фосфата ацетилированному крахмалу на основе восковой кукурузы (химически модифицированный крахмал), специально полученному для применения в получении йогурта.
Результаты DSC суммированы в следующей таблице.
Таблица 8
| Образцы | Желатинизация | Плавление ретроградного крахмала | ||||||||
| To (°C) | Tp (°C) | Te (°C) | ΔH (Дж/г) | To (°C) | Tp (°C) | Te (°C) | ΔH (Дж/г) | R* (%) | ||
| Крахмал в соответствии с настоящим изобретением | ||||||||||
| Гречневый крахмал из первого пробного исследования | Нативный (обработанный при 45°C) | 59,9 | 64,6 | 71,0 | 10,45 | 36,8 | 47,5 | 58,1 | 3,52 | 34 |
| Модифицированный нагреванием при 53°C | 61,4 | 65,8 | 70,6 | 9,72 | 40,0 | 48,4 | 57,2 | 4,9 | 50 | |
| Модифицированный нагреванием при 55°C | 62,9 | 66,6 | 71,6 | 11,03 | 37,7 | 48,1 | 58,0 | 3,6 | 33 | |
| Гречневый крахмал из второго пробного исследования | Нативный (обработанный при 50°C) | 60,4 | 65,2 | 71,2 | 9,98 | 35,8 | 47,6 | 58,9 | 3,37 | 34 |
| Модифицированный нагреванием при 53°C | 61,2 | 65,8 | 71,0 | 9,8 | 39,0 | 48,4 | 57,5 | 2,73 | 28 | |
| Модифицированный нагреванием при 55°C | 63,0 | 66,7 | 71,5 | 10,58 | 38,7 | 49,0 | 58,8 | 4,18 | 40 | |
| Сравнительные примеры | ||||||||||
| CLARIA+® | 63,0 | 68,9 | 74,3 | 9,21 | 40,8 | 51,7 | 61,0 | 4,48 | 49 | |
| NOVATION® 2300 | 60,9 | 67,0 | 72,1 | 11,25 | 39,6 | 51,5 | 61,0 | 7,14 | 63 | |
| CLEARAM® CJ 5025 | 62,2 | 67,6 | 73,2 | 14,26 | 41,9 | 52,5 | 60,0 | 1,43 | 10 |
Нативный гречневый крахмал из первого пробного исследования характеризовался немного более низкой температурой желатинизации, чем таковая во втором пробном исследовании, поскольку температура нагревания, используемая для способа экстракции крахмала во втором пробном исследовании, была выше, чем таковая в первом пробном исследовании. Однако температуры желатинизации модифицированных нагреванием форм гречневого крахмала одинаковы для двух пробных исследований, в случае формы крахмала обрабатывали при одинаковой температуре.
Формы гречневого крахмала, модифицированные при температуре 53°С, характеризовались немного более низкой температурой желатинизации, чем формы, модифицированные нагреванием при температуре 55°С. Первые характеризовались температурой начала желатинизации, аналогичной NOVATION® 2300, а вторые характеризовались температурой начала желатинизации как у CLARIA+®.
Ретроградные формы крахмала, полученные из нативных форм гречневого крахмала, характеризовались немного более низкой температурой плавления, чем формы крахмала, полученные из модифицированных нагреванием форм гречневого крахмала. Формы гречневого крахмала, модифицированные нагреванием при температуре 53°C и 55°C, характеризовались аналогичной температурой плавления ретроградных форм крахмала. CLARIA+®, NOVATION® 2300 и CLEARAM® CJ 5025, являющиеся формами крахмала на основе восковой кукурузы, характеризовались немного более высокими температурами плавления ретроградных форм крахмала, чем нативные и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала. Среди коммерческих форм крахмала CLEARAM® CJ 5025 демонстрировал самый низкий показатель ретроградации. Это означает, что он демонстрировал самую высокую стабильность при охлаждении. Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала в соответствии со способом по настоящему изобретению, как правило, характеризовались более низкими показателями ретроградации, чем CLEARAM® CJ 5025, CLARIA+® и NOVATION® 2300. Таким образом, модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала в соответствии со способом по настоящему изобретению демонстрировали более высокую стабильность во время охлаждения, чем коммерческий химически модифицированный крахмал на основе восковой кукурузы, такой как CLEARAM® CJ 5025, и модифицированные формы крахмала с "чистой этикеткой", такие как CLARIA+ ® и NOVATION® 2300.
Для RVA образец изотермически нагревали при 50°C в течение 1 минуты, температуру увеличивали до 95°C при 6°C/минута, выдерживали при 95°C в течение 5 минут, охлаждали до 50°C при 6°C/минута и, наконец, выдерживали при 50°С в течение 2 минут. Скорость перемешивания с помощью лопастной мешалки устанавливали на 960 об/мин в течение первых 10 секунд, а затем снижали до 160 об/мин на протяжении остальной части анализа.
Результаты RVA суммированы в следующей таблице.
На основании результатов RVA выше, модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризовались более высокой температурой клейстеризации, чем нативные формы гречневого крахмала, и все формы гречневого крахмала характеризовались более высокой температурой клейстеризации, чем CLARIA+®, NOVATION® 2300 и CLEARAM® CJ 5025. Это означает, что модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала являлись лучшими крахмальными материалами, которые сохраняли свою зернистую структуру после обработки нагреванием со сдвигом по сравнению с нативным гречневым крахмалом, CLARIA+®, NOVATION® 2300 и CLEARAM ® CJ 5025. Хотя модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризовались более низкой максимальной и конечной значениями вязкости, чем коммерческие аналоги на основе восковой кукурузы, они характеризовались более низким уровнем провала вязкости (уменьшение вязкости при дальнейшем сдвиге) или более высокой устойчивостью к сдвигу. Кроме того, сильно набухшие зерна очень восприимчивы к разжижению при сдвиге, а следовательно формы крахмала с "чистой этикеткой" на основе восковой кукурузы могут быть легко дезинтегрированы путем жесткой обработки пищевых продуктов, такой как гомогенизация во время способа получения йогурта.
RVA также осуществляли на модифицированных нагреванием формах гречневого крахмала после общих процессов при получении йогурта (предварительное нагревание, гомогенизация и стерилизация) и сравнивали с нативным гречневым крахмалом и различными коммерческими формами крахмала (см. фигуру 4 в отношении результатов по RVA). Каждую форму крахмала смешивали с водой для получения 2,5% суспензии крахмала. К суспензии добавляли сахарозу (7,6%). Суспензию предварительно нагревали при 65°С, гомогенизировали при 18 МПа, стерилизовали при 85°С в течение 10 мин и, наконец, хранили при 4°С в течение 7 дней. В конце каждого из процессов образец собирали для измерения вязкости (как с помощью RVA, так и вискозиметра Brookfield).
Результаты RVA показывают, что нативный гречневый крахмал и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала сохраняли свою зернистую структуру после предварительного нагревания, гомогенизации, стерилизации и хранения в холодильнике, на что указывает повышенная вязкость при нагревании. CLARIA+® и NOVATION® 2300 утрачивали свою зернистую структуру соответственно после этапа гомогенизации и этапа стерилизации. Похоже, что CLEARAM® CJ 5025 утрачивал способность набухать или обеспечивать вязкость после этапа предварительного нагревания.
Холодная вязкость (вязкость при 50°C до нагревания) одинакова для всех образцов крахмала, исследованных до хранения в холодильнике (менее 20 cP). Тем не менее, холодная вязкость CLARIA+® и NOVATION® 2300 увеличивается до более чем 20 cP после хранения в холодильнике, что указывает на ретроградацию крахмала, имеющую место в коммерческих формах крахмала. Это явление менее выражено у нативного гречневого крахмала и модифицированного нагреванием гречневого крахмала. Это означает, что нативный гречневый крахмал и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала подвергаются меньшей ретроградации во время хранения в холодильнике, чем коммерческие модифицированные формы крахмала, исследуемые в данном документе, и могут использоваться для еще более жесткой обработки пищевых продуктов, чем при получении йогурта.
Результаты вискозиметрии Brookfield приведены в следующей таблице.
Таблица 10
| Образцы | После гомогенизации (Па·с) | После стерилизации (Па·с) | После хранения в холодильнике (Па·с) |
| Модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала в соответствии с настоящим изобретением | |||
| Из первого пробного исследования Нативный (обработанный при 45°C) |
12,4 | 22,4 | 33,2 |
| Из первого пробного исследования Модифицированный нагреванием при 55°C |
13,2 | 20,4 | 32,0 |
| Из второго пробного исследования Модифицированный нагреванием при 55°C |
11,6 | 19,6 | 30,8 |
| Сравнительные примеры | |||
| CLARIA+® | 12,4 | 34,4 | 50,4 |
| NOVATION® 2300 | 12,0 | 22,4 | 30,0 |
| CLEARAM® CJ 5025 | 18,8 | 28,0 | 34,4 |
После гомогенизации CLEARAM® CJ 5025 характеризовался самой высокой вязкость, в то время как другие характеризовались аналогичной вязкостью. После стерилизации CLARIA+® демонстрировал самую высокую вязкость, а CLEARAM® CJ 5025 характеризовался второй по счету самой высокой вязкостью. После 7-дневного хранения в холодильнике все образцы демонстрировали повышенную вязкость вследствие ретроградации крахмала. CLARIA+® демонстрировал наибольшее увеличение вязкости, что указывало на низкую стабильность при хранении в холодильнике. С другой стороны, другие формы крахмала демонстрировали аналогичную вязкость примерно при 30-34 Па·с, что означает то, что эти образцы крахмала, в том числе модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала, характеризовались аналогичной стабильностью при хранении в холодильнике, что является желательным при получении йогурта.
Микроскопические изображения показали, что нативный гречневый крахмал и модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала все еще сохраняли свою зернистую структуру после предварительного нагревания, гомогенизации и стерилизации, тогда как CLARIA+®, NOVATION® 2300 и CLEARAM® CJ 5025 продемонстрировали сильно набухшие зерна и фрагменты зерен после таких же технологических обработок (см. фигуру 5).
Пример 5. Стабилизированный крахмал в йогурте
В данном примере описано получение образцов йогурта, содержащих модифицированный нагреванием гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением, коммерчески доступный крахмал с "чистой этикеткой" (согласно предыдущему уровню техники) или химически перекрестносшитый крахмал.
Используемые формы крахмала
Стабилизированный гречневый крахмал (в соответствии с настоящим изобретением) получали следующим образом. Крахмал экстрагировали из 400 г гречневой крупы. После удаления белка и волокна крахмальную суспензию (около 250 г крахмала в 700 г воды) последовательно нагревали на водяной бане при 55°С в течение 3 часов и при 58°С в течение 3 часов. Образец крахмала отфильтровывали в вакууме, а затем повторно суспендировали в воде перед высушиванием с применением сушилки с псевдоожиженным слоем при температуре приблизительно 58°С до достижения уровня влажности ниже или равного 12%.
CLEARAM® CJ 5025 и NOVATION® 2300 являются коммерчески доступными крахмалами, как упоминалось ранее в примере 4.
На основании результатов RVA в примере 4 (таблица 9) модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризовались более высокой температурой клейстеризации, чем NOVATION® 2300 и CLEARAM® CJ 5025. Действительно, модифицированные нагреванием формы гречневого крахмала характеризовались температурой клейстеризации, составляющей приблизительно 82°C, а температуры клейстеризации NOVATION® 2300 и CLEARAM® CJ 5025 составляют приблизительно 68°C.
Температура предварительного нагревания йогурта составляет приблизительно 60-70°С, точнее 65°С, а следовательно температура клейстеризации крахмала должна быть выше 65°С, чтобы убедиться в том, что крахмальные зерна не слишком набухают и могут выдержать резкие сдвиговые деформации в процессе гомогенизации. Таким образом, модифицированный нагреванием гречневый крахмал, полученный в соответствии со способом по настоящему изобретению, является самым лучшим кандидатом, и его зернистая структура выдержит процесс предварительного нагревания.
Ингредиенты для получения йогурта в процентах по весу были следующими.
Таблица 11
| Композиции | 1 | 2 | 3 | |
| Молоко | 91,5 | 91,5 | 91,5 | |
| Сахароза | 7,5 | 7,5 | 7,5 | |
| Модифицированный нагреванием гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением | 1,0 | / | / | |
| Сравнительные примеры | CLEARAM® CJ 5025 | / | 1,0 | / |
| Novation 2300 ® | / | / | 1,0 | |
| Всего | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Способ получения йогуртов является следующим:
i. равномерное перемешивание все ингредиентов;
ii. предварительное нагревание смеси от комнатной температуры до 65°С, что занимает приблизительно 5 мин;
iii. гомогенизация при 18 МПа;
iv. нагревание при 95°C в течение 5 мин;
v. охлаждение от 95°C до 43°C, что занимает приблизительно 15-20 мин;
vi. добавление штамма йогурта;
vii. ферментация при 43°С и рН 4,6 в течение 5-6 часов;
viii. обеспечение гладкой текстуры в течение 1 мин.
Морфологию форм крахмала также наблюдали под микроскопом на разных этапах способа получения йогурта: перед предварительным нагреванием, после предварительного нагревания при 65°C и после гомогенизации (см. фигуру 6). Раствор Люголя (раствор йода/йодида калия) применяли для окрашивания зерен крахмала в режиме светлого поля. Поляризованный свет применяли для наблюдения двойного преломления зерен крахмала с целью идентифицировать его нативную кристаллическую структуру.
Модифицированный нагреванием гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением нелегко желатинизировать, и он сохраняет большую часть своей нативной кристаллической и зернистой структуры после предварительного нагревания при 65°C и после гомогенизации, что аналогично тому, что наблюдается в CLEARAM® CJ 5025 (сравнительный крахмал).
Пример 6
В данном примере описано получение образцов печенья, содержащих цельнозерновую пшеничную муку (контроль), стабилизированный гречневый крахмал в соответствии с настоящим изобретением, пшеничный крахмал или гречневую муку.
Гречневый крахмал получали в соответствии с примером 5.
Цельнозерновая пшеничная мука, пшеничный крахмал или гречневая мука.
Ингредиенты для получения печенья в процентах по весу были следующими.
Таблица 12
| Ингредиенты | Контроль (пшеничная мука) | Состав гречневого крахмала | Состав пшеничного крахмала | Состав гречневой муки |
| Цельнозерновая пшеничная мука | 38 | 19 | 19 | - |
| Гречневый крахмал | - | 19 | - | - |
| Пшеничный крахмал | - | - | 19 | - |
| Гречневая мука | - | - | - | 38 |
| Сахар | 16 | 16 | 16 | 16 |
| Порошок из плющеного овса | 14 | 14 | 14 | 14 |
| Растительное масло | 13 | 13 | 13 | 13 |
| Пшеничный белок Nutralys | 7,8 | 7,8 | 7,8 | 7,8 |
| Сироп глюкозы | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| Лецитин | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Химический разрыхлитель теста | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Соль | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Молоко | 25 | 25 | 25 | 25 |
| Молочный ароматизатор | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Всего | 118,6 | 118,6 | 118,6 | 118,6 |
Количества выражены в процентах по весу.
Способ получения печенья является следующим:
i. смешивание до однородности всех сухих ингредиентов с получением однородной сухой смеси;
ii. добавление к сухой смеси молока, молочного ароматизатора, лецитина, сиропа глюкозы и растительного масла и перемешивание с получением однородного теста;
iii. раскатывание теста до толщины 3 мм и придание ему формы круга;
iv. выпекание формованного теста в духовке с максимальной температурой 190°С и нижней температурой 160°С в течение 10 мин;
v. обеспечение остывания печенья до комнатной температуры и запечатывание их в пластиковые или алюминиевые пакеты.
Текстуру печенья оценивали с применением анализатора текстуры TA-TX2 с применением исследования на изгиб в трех точках (HDP/3PB) и исследования на прокол (P/2).
Параметры измерений перечислены в таблице 13 ниже.
Таблица 13
| Режим | Сжатие | |
| Зонд | HDP/3PB | P/2 |
| Скорость перед исследованием | 1 мм/сек | 2 мм/сек |
| Скорость при исследовании | 2 мм/сек | 1 мм/сек |
| Скорость после исследования | 10 мм/сек | 10 мм/сек |
| Расстояние | ||
| Усилие срабатывания | Авто 5g | Авто 5g |
| Скорость регистрации данных | 500 импульсов/сек | 500 импульсов/сек |
Параметры усвояемости, в том числе расчет скорости усвоения (k) и общей усвояемости, измеряли с применением способов согласно Yu et al. (Food Chemistry, 2018, 241:493-501). Результаты показаны на фигуре 7.
Содержание влаги измеряли с применением анализатора влажности (MA45C, Sartorius), установленного на 105°C.
Активность воды (aw) измеряли с помощью измерителя aw (HygroLab2, Rotronic).
Результаты суммированы в следующей таблице
| Индекс | Контроль (пшеничная мука) | Состав гречневого крахмала | Состав пшеничного крахмала | Состав гречневой муки |
| Текстура | ||||
| Ломкость (мм) | 0,44 | 0,39 | 0,47 | 0,40 |
| Средняя твердость (г) | 867,9 | 550,3 | 450,2 | 654,0 |
| Индекс хрупкости | 32,3 | 34,3 | 40,7 | 35 |
| Усвояемость крахмала | ||||
| Скорость усвоения крахмала, к (1/мин) | 0,0300 | 0,0267 | 0,0284 | 0,0233 |
| Общая усвояемость крахмала (%) | 99,0 | 90,8 | 96,4 | 97,1 |
| Наблюдение | ||||
| Толщина | 6,85 | 6,30 | 6,72 | 4,44 |
| Влажность (%) | 1,58 | 1,01 | 1,26 | 0,69 |
| Активность воды (aw) | 0,247 | 0,091 | 0,196 | 0,217 |
На основании полученных результатов видно, что печенье, полученное с использованием пшеничного крахмала, имеет самую низкую среднюю твердость, за ним следует печенье, полученное с использованием гречневого крахмала.
Наибольшая ломкость и хрупкость были отмечены для печенья, полученного с использованием пшеничного крахмала, тогда как печенье, полученное с использованием гречневого крахмала и гречневой муки, имели сходные значения.
Контрольное печенье, полученное с использованием пшеничной муки, характеризовалось наивысшей скоростью переваривания крахмала и общей усвояемостью крахмала. Самая низкая общая усвояемость крахмала наблюдалась для печенья, полученного с использованием гречневого крахмала, тогда как самая низкая скорость усвояемости крахмала наблюдалась для печенья с гречневой мукой, за которым следует печенье, полученное с использованием гречневого крахмала. Печенье, полученное с использованием пшеничного крахмала и гречневой муки, характеризовалось очень сходной общей усвояемостью крахмала, т.е. значением от контрольного печенья до печенья, полученного с использованием гречневого крахмала.
Печенье, полученное с использованием гречневого крахмала, характеризовалось самой низкой влажностью и активностью воды. Таким образом, печенье, полученное с использованием гречневого крахмала, характеризовалось самым длительным сроком хранения. Кроме того, толщина печенья, полученного с использованием гречневого крахмала и пшеничного крахмала, была аналогична таковой у контрольного печенья, толщина которого была выше, чем у печенья, полученного с использованием гречневой муки.
В заключение, печенье, полученное с использованием гречневого крахмала, имело лучшую текстуру, чем контрольное печенье, полученное с использованием пшеничной муки, а также лучшие показатели внешнего вида и усвояемости по сравнению с печеньем из пшеничного крахмала и гречневой муки.
1. Способ получения стабилизированного гречневого крахмала из нативного гречневого крахмала, при этом способ предусматривает следующие стадии:
a) получение суспензии нативного гречневого крахмала в водной среде, предпочтительно в концентрации от 20 до 50% по весу, более предпочтительно в концентрации от 30 до 40% по весу, при температуре Т1, составляющей от 20 до 50°С, например, составляющей от 20 до 45°C;
b) нагревание водной суспензии до температуры Ts, которая не превышает 60°C, при этом указанная стадия нагревания предусматривает
i. первый этап медленного нагревания со скоростью от 0,2 до 5°С в час от T1 до указанной температуры Ts, причем указанная температура Ts находится в диапазоне от 50 до 60°С, предпочтительно в диапазоне от 53 до 58°С, более предпочтительно в диапазоне от 53 до 55°С, и
ii. второй этап нагревания при указанной температуре TS в течение по меньшей мере 30 мин, предпочтительно от 0,5 до 24 ч, например, от 1 до 18 ч, в частности от 1 до 5 ч, в особенности в течение 3 ч, с получением таким образом стабилизированного гречневого крахмала,
c) отделение стабилизированного гречневого крахмала от водной среды;
d) высушивание указанного стабилизированного гречневого крахмала;
e) извлечение указанного стабилизированного гречневого крахмала.
2. Способ по п. 1, где на протяжении указанного первого этапа стадии b) нагревания водную суспензию ступенчато нагревают до Ts.
3. Способ по п. 1 или 2, где первый этап стадии b) нагревания предусматривает по меньшей мере две последовательные стадии изотермического нагревания, соответственно при температурах T2 и T3, при этом каждую стадию изотермического нагревания осуществляют независимо в течение по меньшей мере 30 мин, предпочтительно от 1 до 4 ч, например 3 ч.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, где способ не предусматривает органические растворители и не предусматривает химические реактивы.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, где стадию d) высушивания осуществляют при температуре, составляющей от комнатной температуры до температуры желатинизации гречневого крахмала, и завершают, когда влажность модифицированного гречневого крахмала достигает значения, равного 12% или меньше.
6. Способ по любому из предыдущих пп. 1-5, где нативный гречневый крахмал экстрагируют из гречневой крупы или муки.
7. Стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа по любому из пп. 1-6, при этом указанный стабилизированный гречневый крахмал характеризуется температурой начала желатинизации, измеренной с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), которая на не более чем 10°С выше по сравнению с температурой начала желатинизации нативного гречневого крахмала.
8. Стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа по п. 7, где указанный стабилизированный гречневый крахмал характеризуется температурой начала желатинизации, измеренной с помощью DSC, составляющей от 60 до 69°С.
9. Стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа по п. 7 или 8, при этом указанный стабилизированный гречневый крахмал характеризуется показателем ретроградации, измеренным с помощью DSC, составляющим от 23 до 40%, предпочтительно от 23 до 33%, после 7-дневного хранения при 4°С после желатинизации.
10. Стабилизированный гречневый крахмал, получаемый с помощью способа по любому из пп. 7-9, при этом указанный стабилизированный гречневый крахмал характеризуется температурой клейстеризации, измеренной с помощью Rapid Visco Analyzer (RVA), составляющей от 80 до 95°С, предпочтительно от 82 до 93°С, например, от 85 до 90°C.
11. Применение стабилизированного гречневого крахмала по любому из пп. 7-10 для получения пищевого продукта, в частности, для изготовления йогурта или для изготовления печенья.
